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Veines de charbon

Malgré quelques handicaps caractéristiques, dont la faible perméabilité du charbon qui réduit les capacités à y injecter de grandes quantités de CO2, les veines de charbon inexploitables deviennent elles aussi de potentiels sites de stockage.

Méthode de piégage

L’intérêt des veines de charbon réside dans le fait qu’après injection du CO2, celui-ci se fixe sur la surface du charbon et s’immobilise, par phénomène d’Adsorption.

Les veines de charbon contiennent souvent une grande quantité de gaz piégé dans la structure interne du minerai. Il s'agit pour les sites sélectionnés de méthane, lui-même une source d’énergie très importante. Le charbon ayant une affinité plus grande pour le CO2, en présence de ces deux gaz, il relâchera le méthane et adsorbera le CO2.

Autre caractéristique, le charbon peut contenir deux fois plus de CO2 que de méthane. On peut donc envisager de stocker du CO2 dans le charbon tout en récupérant le méthane ainsi libéré et l’exploiter ; on parle alors de récupération assistée de méthane (ECBM).

Une répartition géographique favorable

Les veines de charbon sont des structures géologiques communes réparties sur l'ensemble des continents. Des installations d’industries lourdes, sources importantes de CO2, sont souvent implantées sur des bassins charbonniers, ce qui permet de réduire le coût du transport.

Un avantage économique certain

La revente du méthane pourrait compenser une partie des coûts d’injection de CO2
Le méthane récupéré peut être commercialisé : il représente une vaste ressource énergétique, très peu exploitée aujourd'hui, mais qui pourrait être plus largement utilisée dans le futur grâce au procédé d’ECBM.
Schéma en grand format
 
 
 
 
Légende : Principe du procédé de récupération assistée de méthane (ECBM) permettant d'exploiter le gaz naturel (méthane) qui se trouve piégé dans le charbon.
 
 
 
 
 
Quelques expériences furent mises en place  pour évaluer la faisabilité à grande échelle du stockage de CO2 dans les couches de charbon avec une récupération du méthane. La perméabilité des veines ainsi que les mécanismes d'adsorption/désorption du CO2 et du méthane dans les pores du charbon doivent être mieux connus. Des études sont menées en laboratoire et sur site pour progresser dans ces domaines.

Potentiel limité

Toutes les veines de charbon ne sont pas adaptées au stockage du CO2
La capacité de stockage s'élèverait à environ 40 milliards de tonnes de CO2. Seules les formations non exploitables ou inexploitées sont concernées, car les sites ayant subi l'extraction du charbon sont truffés de galeries de mines qui constitueraient autant de chemins de migration rapide du CO2 vers la surface, et toute exploitation d’une veine où il y a eu injection du CO2 le relâcherait dans l’atmosphère.

Dans les veines non exploitables, le principal obstacle réside dans le fait que lorsque le charbon adsorbe le CO2, il a tendance à gonfler et donc à diminuer en perméabilité, voire à devenir imperméable. Une alternative consisterait à l'injecter dans des zones sédimentaires aquifères intercalées entre les veines de charbon. On utiliserait alors les capacités d'adsorption du charbon comme filtre à CO2, en quelque sorte un filtre à charbon actif à grande échelle.

Premières expérimentations

De nombreux projets dans le monde entier ont été lancés afin d’étudier le stockage du CO2 dans les veines de charbon, notamment les projets américain et canadien Coal-Seq et MGSC-ECBM, le projet européen RECOPOL, le projet français CHARCO (2006-2010) soutenu par l’ANR, Qinshui Basin en Chine, Yubari Project au Japon, et CarboLab en Espagne.

RECOPOL (2001-2005)

Schéma en grand formatLégende : modèle conceptuel du site RECOPOL

En novembre 2001, l'Union européenne a lancé le projet Recopol (Réduction des émissions de CO2 par stockage dans un bassin houiller en Pologne). Pour réaliser ce projet, un consortium international a été créé, formé par des instituts de recherche, des universités, des compagnies pétrolières et gazières européennes. La France y était représentée par l'IFPEN, Gaz de France, Air Liquide et Gazonor. Le site retenu était le bassin de Silésie, où deux puits de production de méthane étaient déjà en fonctionnement depuis 1996. Le CO2 fourni par Air Liquide était acheminé par camion.
 
Le projet européen visait les mêmes objectifs que les projets Coal-Seq (Etats-Unis) et ECBM (Canada): évaluer la faisabilité de l'injection du CO2 dans les veines de charbon. Il s'appuyait également sur des modélisations et des expériences en laboratoire servant de référence et d'aide à la décision aux industriels concernés. Le débit de gaz injecté, initialement de 1 à 3 tonnes de CO2 par jour, est passé de 12 à 15 tonnes quotidiennes à partir d'avril 2005, ce qui a permis d'étudier la capacité d'injection dans les veines de charbon. En tout, près de  760 tonnes de CO2 furent injectées entre Août 2004 et Juin 2005.

ECBM (1997) et Coal-Seq (2000)

Le projet canadien ECBM, qui a débuté en 1997, a apporté la démonstration de la faisabilité effective du stockage du CO2 dans les structures charbonneuses.
Le projet Coal-Seq a été lancé aux Etats-Unis en octobre 2000. Il a apporté la preuve des avantages économiques de l'injection du CO2 pour la récupération du méthane.
 
Légende : Projet Coal-Seq : le site d'Allison dans le bassin de San Juan au Nouveau-Mexique (États-Unis) comporte 16 puits de production de méthane (photo), 4 puits d'injection de CO2 et un forage d'observation. Des injections de CO2 opérées pendant 5 ans ont permis de produire du méthane avec un taux très bas de CO2.

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